Конкуренция морских микробов может стать ключом к улучшению климатических моделей

Схема модели и биомассы, питательных веществ и скоростей в квазиравновесных состояниях из модельных симуляций с разными скоростями поступления органического вещества (ОВ) и O₂. Автор: Nature Communications (2025). DOI: 10.1038/s41467-025-63989-9

В кобальтовых водах у побережья Сан-Диего ключ к отслеживанию мощного парникового газа дрейфует прямо под поверхностью. Крошечные океанские микробы, живущие в водах, обедненных кислородом, превращают обычные питательные вещества в закись азота (N₂O) — соединение, более известное как веселящий газ, но гораздо менее веселое для планеты.

«Этот газ удерживает примерно в 300 раз больше тепла, чем диоксид углерода (CO₂), и также разрушает озоновый слой Земли», — говорит Синь Сунь, доцент кафедры биологии в Школе искусств и наук Пенсильванского университета. — «Наличие более точной информации о том, где и как образуется N₂O, может помочь ученым более точно прогнозировать глобальные выбросы по мере изменения климата».

Сунь и ее коллеги провели шесть недель в море, изучая химические и экологические процессы, стоящие за этим явлением, отбирая пробы воды с глубины от 40 до 120 метров в восточной тропической части северной акватории Тихого океана — одном из крупнейших регионов Земли с дефицитом кислорода.

Бутылки для отбора проб погружаются в воды восточной тропической части северной акватории Тихого океана, одной из крупнейших в океане зон с дефицитом кислорода. Исследователи на борту судна использовали это устройство для сбора морской воды на точных глубинах, захватывая микробов, которые превращают обычные питательные вещества в закись азота — парниковый газ, примерно в 300 раз более мощный, чем диоксид углерода. Автор: Синь Сунь

Их работа, опубликованная в Nature Communications, показывает, как конкуренция между микробами — а не только чистая химия — управляет производством N₂O, и как даже незначительные изменения содержания кислорода или питательных веществ могут вызывать внезапные, резкие скачки выбросов парниковых газов.

«Существует многоступенчатый путь, который начинается с нитрата (NO₃⁻) и превращает его в нитрит (NO₂⁻), прежде чем в конечном итоге произвести N₂O», — объясняет Сунь. — «И есть другой путь, который переходит прямо от нитрита к N₂O. Можно было бы ожидать, что более короткий путь окажется выигрышным, но этого не происходит».

Сунь сравнивает популяции микробов с двумя соседними гастрономами, которые оба производят бублики, но начинают с разных ингредиентов.

Первая группа, начинающая с нитрата, похожа на пекарню полного цикла, которая начинает с муки — смешивая, ферментируя и выпекая всё самостоятельно. Вторая группа, начинающая с нитрита, больше похожа на специализированный магазин, который зависит от нахождения готового теста, дрейфующего в воде.

Поскольку мука (нитрат) гораздо более распространена, чем готовое тесто (нитрит), более длинный, многоступенчатый путь оказывается более эффективным.

Условия с низким содержанием кислорода обычно благоприятствуют производству N₂O, но команда обнаружила, что добавление большего количества кислорода не приводит к плавному снижению производства. Вместо этого кислород меняет то, какие микробные «магазины» доминируют. «Кислород не действует как регулятор яркости», — говорит Сунь. — «Он меняет того, кто у власти».

Хотя кажется, что подкармливание микробов большим количеством питательных веществ — хороший способ повысить производство, команда также обнаружила, что это может фактически вытеснить основных производителей N₂O из картины, сокращая выбросы газа почти до нуля.

Позволив группам микробов конкурировать и сотрудничать внутри новой модели, команда смогла уловить эти резкие экологические колебания, которые старые, чисто химические модели сглаживали.

Их открытия могут усовершенствовать климатические модели, которые предсказывают изменения уровня моря, экстремальные погодные условия и изменение химического состава океана, а также помочь определить, какие регионы вносят наибольший вклад в выбросы парниковых газов.

Больше информации: Синь Сунь и др., Механистическое понимание восстановления нитратов как доминирующего пути производства закиси азота в морских зонах минимума кислорода, Nature Communications (2025). DOI: 10.1038/s41467-025-63989-9

Источник: University of Pennsylvania